常溫下以甲烷作為質(zhì)子交換膜燃料電池直接燃料的應(yīng)用研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)化效率高、低溫啟動和環(huán)境友好等特點(diǎn)，因此，是電動汽車的理想動力電源之一。PEMFC的燃料主要是高純度氫氣，但是高純度氫氣的制備、儲存和運(yùn)輸?shù)某杀竞芨撸蔀橹萍sPEMFC實(shí)用化的主要障礙之一。如何利用燃料電池使用廉價(jià)的碳?xì)淙剂线M(jìn)行發(fā)電成為燃料電池技術(shù)研究的熱點(diǎn)。甲烷含氫量高，具有和氫氣相當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)氧化電位，來源廣泛并且屬于可再生資源。因此開展使用甲烷作為燃料的PEMFC技術(shù)對于推動PE

2、MFC實(shí)用化具有重要意義。
　　 本文首先以甲烷和氫氣的混合燃料代替氫氣作為陽極燃料以提高氫氣利用率，然后，利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)研究了以Pt(5、wt.％)/C、Pt(46 wt.％)/C和Pt(40 wt.％)-Ru(20wt.％)/C作為陽極催化劑時(shí)，甲烷分別在6 mol L-1 NaOH溶液和0.5 mol L-1H2SO4溶液中的電化學(xué)氧化反應(yīng)活性，最后考察了甲烷作為PEMFC直接燃料時(shí)，影響電池開路電壓和功率密度的關(guān)鍵

3、因素。
　　 研究表明，以甲烷和氫氣的混合氣體代替氫氣作為燃料時(shí)，隨著甲烷流量的增加，燃料電池的性能逐漸降低。對比相同的陽極催化劑下，甲烷在6 mol L-1 NaOH溶液和0.5 mol L-1 H2SO4溶液中的電催化氧化行為時(shí)，甲烷在6 mol L-1NaOH溶液中表現(xiàn)出更高的電化學(xué)氧化活性；在相同的電解質(zhì)中，隨著陽極催化劑中Pt含量的增加，催化劑對甲烷電化學(xué)氧化反應(yīng)的催化活性不斷提高，而陽極催化劑中Ru組分的引入可以進(jìn)一

4、步提高催化劑對甲烷電化學(xué)氧化反應(yīng)的催化活性。
　　 催化劑、工作溫度、加濕溫度和氧化劑是影響燃料電池發(fā)電性能的重要因素。隨著陽極催化劑中Pt含量的增加和Ru組分的引入，以甲烷為直接燃料的PEMFC(簡稱為直接甲烷燃料電池DM-PEMFC)的最大輸出功率密度逐漸增加；隨著氣體加濕溫度和電池工作溫度的升高，DM-PEMFC的開路電位和最大輸出功率密度逐漸增加；以H2O2取代O2作為氧化劑時(shí)，DM-PEMFC的功率密度得到了大大提高。